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静压桩残余应力数值模拟及其对桩承载性状影响分析

张文超  
【摘要】: 近年来,随着城市基础建设的高速发展,高层建筑不断增多和密集,桩基己成为高层建筑基础的主要形式。静压桩以其振动小、噪音低、对环境影响小等优点,越来越受到工程界重视。静压桩在天津、上海、浙江、广东等沿海软土分布较广的地区以及人口密集的大城市的应用很广,取得了良好的效果,是一项非常实用的桩基类型。 静压桩设置后,桩端、桩侧及桩身都存在着残余应力。一般试桩都在加荷之前对测试仪器调零,因此测得的结果中实际上忽略了桩残余应力的影响。由于该问题非常复杂,涉及到多方面的基本问题,虽然已有很多学者采用不同的方法对该问题进行了研究,但仍然没有获得满意的结果。本文在分析研究有关国内外静压桩沉桩过程的研究成果的基础上,以静压桩残余应力为研究对象,利用有限元方法建立了符合压桩实际的有限元模型,该模型采用有限变形理论和自适应网格技术,通过桩土界面的接触和施加位移荷载来实现压桩过程,运用计算得到的静压桩残余应力分析了其对桩承载性状的影响,得到相关结论。 残余应力虽然不会影响静压桩的总极限荷载值,但是对桩的承载形状有一定的影响,忽略残余应力的影响将会导致:量测的桩身极限承载力偏高而量测的桩端极限承载力偏低;过高地估计桩身荷载分担比例或者过低地估计桩端荷载分担的比例;在桩上段量测的侧阻力值偏高,在桩下段量测的桩侧阻力值偏低。 桩土摩擦系数、桩的刚度、桩周土体的变形模量和桩径都会对残余应力产生影响。回弹时摩擦系数由小到大,中性面的位置逐渐靠近桩尖,变化幅度较小,而侧摩阻力逐渐增大;随着摩擦系数的增大,桩身残余轴力也逐渐增大,沿桩身的分布规律相似。桩侧残余应力随桩径的增大而增大,中性面的位置没有变化,残余侧阻力沿桩长的分布情况基本不变;残余轴力的分布也基本上符合上述规律。桩身的刚度越大,侧摩阻力中性面的位置越靠近桩顶,残余应力值越小,沿桩长的分布也越均匀,桩身残余轴力越小,沿桩长的分布也越均匀。桩侧残余应力随桩周土体变形模量的增大而增大,但随着土体变形模量的增加,残余侧阻力沿桩长的分布越不均匀,残余轴力的分布也基本上符合上述规律,但其沿桩身变化的分布形式基本不变。


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